CN111823129A - 研磨头气动装置及研磨头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种研磨头气动装置，包括：底部膜片；边缘侧壁，设置在所述底部膜片上表面边缘，所述边缘侧壁呈环形；顶板，盖设于所述边缘侧壁的顶部，以使所述底部膜片、边缘侧壁和顶板之间形成第一腔体；所述顶板上设置有供气体通过的通道；分隔结构，在所述第一腔体内呈环形设置，所述分隔结构的顶部与所述顶板抵接，所述分隔结构的底部与所述底部膜片抵接，以将所述第一腔体分隔为至少两个能通过所述通道分别进行充气的第二腔体；其中，所述分隔结构包括第一侧壁和第二侧壁以及至少由所述第一侧壁、第二侧壁和底部膜片共同构成第三腔体。本发明能够避免相邻可充气腔体之间的干扰，提高对晶圆压力的控制能力。

Description

研磨头气动装置及研磨头
技术领域
本发明涉及研磨技术领域，尤其涉及一种研磨头气动装置及研磨头。
背景技术
化学机械研磨(CMP)方法是常用的晶圆平坦化方法之一，在进行化学机械研磨时，需要将晶圆固定在研磨头上，研磨头上一般设置有气动的膜结构。在研磨过程中，通过气动的膜结构将晶圆压紧在研磨垫上，然后通过研磨头和研磨垫之间的旋转的同时供给研磨液，从而实现晶圆的研磨。
现有技术中，气动膜片通常被由外向内的划分为多个环形的区域，每个环形的区域上对应一个可充气的腔体，通过对不同的可充气腔体冲入不同压力的气体，从而能够对晶圆的不同区域进行不同压力的压紧。相邻的可充气腔体之间通过硅胶或其他材质的分隔膜进行分隔，但是，由于分隔膜的抗变形能力差，因此，当相邻的两个可充气腔体之间气压不同时，会导致相邻两个可充气腔体的边界处的下压力难以控制。
发明内容
本发明提供的研磨头气动装置及研磨头，能够避免相邻可充气腔体之间的干扰，提高对晶圆压力的控制能力。
第一方面，本发明提供一种研磨头气动装置，包括：
底部膜片；
边缘侧壁，设置在所述底部膜片上表面边缘，所述边缘侧壁呈环形；
顶板，盖设于所述边缘侧壁的顶部，以使所述底部膜片、边缘侧壁和顶板之间形成第一腔体；所述顶板上设置有供气体通过的通道；
分隔结构，在所述第一腔体内呈环形设置，所述分隔结构的顶部与所述顶板抵接，所述分隔结构的底部与所述底部膜片抵接，以将所述第一腔体分隔为至少两个能通过所述通道分别进行充气的第二腔体；
其中，所述分隔结构包括第一侧壁和第二侧壁以及至少由所述第一侧壁、第二侧壁和底部膜片共同构成第三腔体。
可选地，所述第一侧壁与所述第二侧壁的顶部间隔距离小于所述第一侧壁与所述第二侧壁的底部间隔距离。
可选地，所述第一侧壁的顶部与所述第二侧壁的顶部连接，所述第一侧壁的底部和所述第二侧壁的底部与所述底部膜片的上表面连接，所述第一侧壁、第二侧壁和所述底部膜片形成沿垂直于所述底部膜片的截面为三角形的所述第三腔体。
可选地，所述分隔结构还包括第三侧壁，所述第三侧壁的底部与所述第一侧壁和所述第二侧壁顶部连接，所述第三侧壁的顶部与所述顶板连接。
可选地，所述分隔结构的数量为多个，多个所述分隔结构由所述底部膜片的中心向所述底部膜片的边缘依次间隔设置。
可选地，所述第三腔体内填充有气体，所述气体的比重与空气的比重的比值不小于0.808。
可选地，所述第三腔体内填充有氮气、空气或比重大于空气的气体中的一种或几种的混合物。
可选地，所述分隔结构的材质比重小于或等于所述底部膜片的材质比重。
可选地，所述分隔结构的材质硬度小于或等于所述底部膜片的材质硬度。
本发明提供的研磨头气动装置，通过在相邻两个可充气腔体之间的分隔结构设置为具有第一侧壁和第二侧壁，并且第一侧壁、第二侧壁和底部膜片之间或者第一侧壁、第二侧壁、顶板和底部膜片之间形成第三腔体，从而，能够加强该分隔结构的抗变形能力，能够避免相邻两个第二腔体之间压力不同时的相互干扰，从而能够提高对相邻两个第二腔体之间的边界对应的区域的压力调节能力，有利于晶圆研磨的质量控制。
第二方面，本发明提供一种研磨头，包括：
承载结构；
如上述任意一项所述研磨头气动装置，所述研磨头气动装置与所述承载结构连接。
本发明提供的研磨头，具备上述的研磨头气动装置，通过在相邻两个可充气腔体之间的分隔结构设置为具有第一侧壁和第二侧壁，并且第一侧壁、第二侧壁和底部膜片之间或者第一侧壁、第二侧壁、顶板和底部膜片之间形成第三腔体，从而，能够加强该分隔结构的抗变形能力，能够避免相邻两个第二腔体之间压力不同时的相互干扰，从而能够提高对相邻两个第二腔体之间的边界对应的区域的压力调节能力，有利于晶圆研磨的质量控制。
附图说明
图1为本发明一实施例研磨头气动装置的断面示意图；
图2为现有技术的研磨头气动装置的断面示意图；
图3为本发明另一实施例的研磨头气动装置的断面示意图；
图4为本发明另一实施例的研磨头气动装置的断面示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
本实施例提供一种研磨头气动装置，如图1所示，包括：底部膜片2；边缘侧壁3，设置在底部膜片2上表面边缘，边缘侧壁3呈环形；顶板4，盖设于边缘侧壁3顶部，以使底部膜片2、边缘侧壁3和顶板4之间形成第一腔体；顶板4上设置有供气体通过的通道；分隔结构，在第一腔体内呈环形设置，分隔结构的顶部与顶板4连接，分隔结构的底部与底部膜片2连接，以将第一腔体分隔为至少两个能通过通道分别进行充气的第二腔体；其中，分隔结构包括第一侧壁62和第二侧壁63以及至少由所述第一侧壁62、第二侧壁63和底部膜片2构成的第三腔体61。在本实施例提供的研磨头气动装置中，首先提供底部膜片2，在对晶圆1进行研磨时，底部膜片2会与晶圆1接触，并向晶圆1施加压力，将晶圆1压紧在研磨垫上，再通过晶圆1与研磨垫之间的旋转运动对晶圆1进行研磨。底部膜片2由圆心至边缘被划分为至少两个区域，以两个区域为例，其中第一个为包括底部膜片2圆心部分的区域，另一个区域为环绕第一个区域的区域。边缘侧壁3沿底部膜片2的边缘设置并形成环形，底部膜片2和边缘侧壁3形成一个桶形，此时顶部再设置顶板4则形成了第一腔体。分隔结构沿底部膜片2相邻两个区域的分界设置，并且形成环形，从而将底部膜片2和边缘侧壁3形成的桶形空间分隔成多个空间，如果考虑顶板4，即形成了多个第二腔体，其中，对应底部膜片2圆心部分的空间为一个小的桶形空间，其他空间则为依次向外排列的环形空间。顶板4则与分隔结构和边缘侧壁3的顶部连接，顶板4对应每个空间都设置有供气体通过的通道，从而使每个空间都形成可充气的腔体。对于分隔结构来说，具有第一侧壁62和第二侧壁63，并且将底部间隔设置；第一侧壁62和第二侧壁63的顶部可以相互连接，也可以分别与顶板4连接，无论那种情况，都能够形成第一侧壁62、第二侧壁63和底部膜片2之间的第三腔体61，或者形成第一侧壁62、第二侧壁63和底部膜片2之间的第三腔体61，由于第三腔体61的存在，增强了分隔结构的抗变形能力，能够避免相邻两个第二腔体之间压力不同时的相互干扰，从而能够提高对相邻两个第二腔体之间的边界对应的区域的压力调节能力，有利于晶圆1研磨的质量控制。
图2为现有技术的研磨头气动装置，在现有的气动装置中，底部膜片2同样是划分为两个或两个以上的区域，并且，在底部膜片2的边缘设置边缘侧壁3。但是，在现有技术中，底部膜片2相邻两区域的边界处设置的是分隔膜5，再通过分隔膜5的顶部和边缘侧壁3的顶部与顶板4连接，从而使底部膜片2的不同区域对应不同的可充气腔体。由于该分隔膜5的抗变形能力弱，当相邻两个可充气腔体的气压不同时会相互干扰，难以控制该边界处的压力，不利于控制晶圆1研磨的质量控制。而本实施例中，则采用分隔结构的设计，解决了上述的技术问题。
在图1中，顶板4的各个区域采用了不同的高度，但是，该附图不应当对本实施例的范围形成限定，本领域技术人员应当理解，本实施例中的顶板4各个区域也可以设置在同一高度上。
作为可选地实施方式，继续如图1所示，第一侧壁62与第二侧壁63的顶部间隔距离小于第一侧壁62与第二侧壁63的底部间隔距离。第一侧壁62和第二侧壁63的顶部间隔小于底部间隔，两者之间形成斜向的相互支撑，能够进一步提高分隔结构的抗变形能力，从而进一步提高本实施例的技术效果。
作为可选的实施方式，如图3所示，第一侧壁62的顶部与第二侧壁63的顶部连接，第一侧壁62的底部和第二侧壁63的底部与底部膜片2的上表面连接，第一侧壁62、第二侧壁63和底部膜片2形成沿垂直于所述底部膜片2的截面为三角形的第三腔体61。在本实施例方式中，第三腔体61形成截面为三角形的腔体，由于三角形的稳定特性，能够进一步提高该分隔结构的抗变形能力，从而进一步提高本实施例的技术效果。
作为可选地实施方式，如图4所示，分隔结构还包括第三侧壁64，第三侧壁64的底部与第一侧壁62和第二侧壁63顶部连接，第三侧壁64的顶部与顶板4连接。本实施方式中，第三腔体61同样形成截面为三角形的腔体，而第一侧壁62和第二侧壁63的顶部连接后，再通过第三侧壁64与顶板4连接。本实施方式中，由于三角形的高度降低，能够节省部分材料，同时还能够减少对第二腔体的空间占用，使第二腔体的空间更接近现有技术中的可充气腔体空间，便于利用现有技术参数快速形成适用于本实施方式的技术参数。
作为可选地实施方式，分隔结构的数量为多个，多个分隔结构由底部膜片2的中心向底部膜片2的边缘依次间隔设置。多个分隔结构将底部膜片2分隔为多个区域，不同的区域能够施加不同的压力，从而，多个分隔结构能够对晶圆1研磨过程中实现不同区域更加精确的压力调节。
作为可选地实施方式，第三腔体61内填充有气体，气体的比重与空气的比重的比值不小于0.808。在该第三腔体61内，需要填充气体以确保该第三腔体61的抗变形能力，从而提高对应该第三腔体61对应的底部膜片2的抗干扰能力，作为优选的实施例，第三腔体61内填充有氮气、空气或比重大于空气比重的气体中的一种或两种及以上的混合物。由于氮气、空气的等气体的制备或收集成本较低，因此，可以优选氮气或空气两者之一，或者可以选择两者的混合气体，也可以选择两者之一与其他气体的混合气体，或者两者与其他气体的混合气体。当然，也可以选择不包括两者的其他气体。在本实施例中，优选的控制气体的压力低于1atm，从而能够在有效提高相邻边界抗变形能力，避免相邻腔体出现干涉的同时，还能够提高第三腔体的柔性，避免对晶圆造成损坏。
作为可选地实施方式，分隔结构的材质硬度小于或等于底部膜片2的材质硬度。在本实施方式中，采用硬度较小的材质制作分隔结构，从而，能够避免分隔结构由于硬度过高而在下压时对晶圆1造成损伤，有利于对晶圆1的保护。作为优选的实施方式，分隔结构的材质可以选择硬度等于底部膜片2硬度的材质，分隔结构的硬度与底部膜片2的硬度一致的情况下，在对晶圆1施加压力的过程中不需要考虑因为硬度不同而可能发生的晶圆1损伤。
作为可选地实施方式，分隔结构的材质比重小于或等于底部膜片2的材质比重。本实施方式中，分隔结构的材质比重选用小于或等于底部膜片2材质比重的材料，从而不需要考虑由于比重不同引起压力，能够更加精确的通过可充气腔体的充气压力调节对晶圆1的压力。
本实施例提供的研磨头气动装置，通过在相邻两个可充气腔体之间的分隔结构设置为具有第一侧壁62和第二侧壁63，并且第一侧壁62、第二侧壁63和底部膜片2之间或者第一侧壁62、第二侧壁63、顶板4和底部膜片2之间形成第三腔体61，从而，能够加强该分隔结构的抗变形能力，能够避免相邻两个第二腔体之间压力不同时的相互干扰，从而能够提高对相邻两个第二腔体之间的边界对应的区域的压力调节能力，有利于晶圆1研磨的质量控制。
本实施例提供一种研磨头，包括：承载结构；如上述任意一项所述研磨头气动装置，所述研磨头气动装置与所述承载结构连接。承载结构通常为一个压盘，研磨头气动装置安装在压盘上，在研磨时，向研磨头气动装置进行充气，从而将晶圆1压紧在研磨垫上。本实施例提供的研磨头，具备上述的研磨头气动装置，通过在相邻两个可充气腔体之间的分隔结构设置为具有第一侧壁62和第二侧壁63，并且第一侧壁62、第二侧壁63和底部膜片2之间或者第一侧壁62、第二侧壁63、顶板4和底部膜片2之间形成第三腔体61，从而，能够加强该分隔结构的抗变形能力，能够避免相邻两个第二腔体之间压力不同时的相互干扰，从而能够提高对相邻两个第二腔体之间的边界对应的区域的压力调节能力，有利于晶圆1研磨的质量控制。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种研磨头气动装置，其特征在于，包括：
底部膜片；
边缘侧壁，设置在所述底部膜片上表面边缘，所述边缘侧壁呈环形；
顶板，盖设于所述边缘侧壁的顶部，以使所述底部膜片、边缘侧壁和顶板之间形成第一腔体；所述顶板上设置有供气体通过的通道；
分隔结构，在所述第一腔体内呈环形设置，所述分隔结构的顶部与所述顶板抵接，所述分隔结构的底部与所述底部膜片抵接，以将所述第一腔体分隔为至少两个能通过所述通道分别进行充气的第二腔体；
其中，所述分隔结构包括第一侧壁和第二侧壁以及至少由所述第一侧壁、第二侧壁和底部膜片共同构成第三腔体。
2.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于，所述第一侧壁与所述第二侧壁的顶部间隔距离小于所述第一侧壁与所述第二侧壁的底部间隔距离。
3.如权利要求2所述研磨头气动装置，其特征在于，所述第一侧壁的顶部与所述第二侧壁的顶部连接，所述第一侧壁的底部和所述第二侧壁的底部与所述底部膜片的上表面连接，所述第一侧壁、第二侧壁和所述底部膜片形成沿垂直于所述底部膜片的截面为三角形的所述第三腔体。
4.如权利要求3所述研磨头气动装置，其特征在于，所述分隔结构还包括第三侧壁，所述第三侧壁的底部与所述第一侧壁和所述第二侧壁顶部连接，所述第三侧壁的顶部与所述顶板连接。
5.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于，所述分隔结构的数量为多个，多个所述分隔结构由所述底部膜片的中心向所述底部膜片的边缘依次间隔设置。
6.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于，所述第三腔体内填充有气体，所述气体的比重与空气的比重的比值不小于0.808。
7.如权利要求6所述研磨头气动装置，其特征在于，所述第三腔体内填充有氮气、空气或比重大于空气的气体中的一种或几种的混合物。
8.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于，所述分隔结构的材质比重小于或等于所述底部膜片的材质比重。
9.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于，所述分隔结构的材质硬度小于或等于所述底部膜片的材质硬度。
10.一种研磨头，其特征在于，包括：
承载结构；
如权利要求1-9任意一项所述研磨头气动装置，所述研磨头气动装置与所述承载结构连接。
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